第一隻學會飛行的鳥，應該是不慎跌落了懸崖

「中國科普博覽」是一個已被知乎認證的「機構帳號」，文末有對這位新朋友的介紹：）

動物的飛行能力是怎麼進化出來的？

中國科普博覽，我們科學家有話說

飛行這種生存能力的進化，最早肯定來自於從高處跳躍而下時的短暫滑翔。 @Lewind

如果這種滑翔能夠提高動物捕獲獵物或逃避捕獲的能力，那麼就成為了一種生存優勢，從而會被保留下來，並在進化的過程中不斷加強，最終成為飛行的能力。

我們都知道，現今的天空霸主——鳥類是從恐龍進化而來的，具體來說是獸腳亞目的恐龍。

詳細的進化過程可以在知乎上查找問題：恐龍是怎麼演化為鳥類的？。這方面也是當今古生物學的研究熱點之一，不斷有新的化石證據被發現，有興趣的知友也可以了解一下中科院北京古脊椎動物研究所徐星研究員的研究成果，在這個領域內是國際領先的。

對於鳥類進化過程的研究發現，滑翔一定是最早的第一步。

有從恐龍到原始鳥類的過渡物種的化石研究為證：

它們的身體結構重心與鳥類不同，不可能僅靠前肢飛行，甚至不能夠僅靠前肢來滑翔，必須還要依靠後肢提供一些升力，所以它們的後肢上也長有長長的羽毛；

另外，它們的胸骨沒有附著強大的肌肉，無法帶動前肢做出拍打翅膀這樣提供升力的有力動作；

在它們滑翔的過程中，四肢能夠做的事情有限，所以需要尾巴來控制方向，調整姿態，而獸腳類恐龍恰好有著長尾巴，這一特徵直到進化為真正的鳥類才消失。

這些證據都表明，飛行的能力並不是突然就出現的，而是先有了滑翔的能力作為基礎。

關於滑翔與尾巴，以及飛行進化之間的關係，最直接的證據來自於加州大學伯克利分校Robert Full教授研究組的研究成果。有意思的是，這個組本來是研究人工壁虎手套的……

他們通過特殊材料和結構，製造出了與壁虎趾尖原理相同的設備，可以讓人徒手爬上高牆（就像 MI4 中的阿湯哥爬迪拜塔一樣）。

他們還製作出了同樣原理的爬牆機器人，但效率遠不如壁虎高。在研究過程中，他們發現，問題的關鍵不是壁虎的四肢，而是它用於保持平衡的長尾巴。

為了研究壁虎尾巴的功能，他們進一步做了很多實驗，其中之一是把壁虎放到類似於跳傘訓練風扇的設備上，模擬從高空自由墜落的過程，結果他們驚奇地發現：壁虎不僅能夠通過尾巴來調整身體姿態並控制方向，還能用類似蝶泳的動作拍打著尾巴在空中前進……（關於這項研究，可以看看 Robert Full 的 TED 演講：Robert Full: Learning from the gecko s tail）

要知道，壁虎與恐龍同屬爬行動物，而壁虎從來與「飛」這個字是不沾邊的。看來，在高空墜落過程中使用尾巴來控制身體運動，這已經是爬行動物的本能了。在此基礎上添加更利於滑翔的羽毛，從而最終獲得飛行的能力，顯然是一條合理的進化路徑。

值得一提的是，羽毛並不是滑翔的唯一選擇，甚至不是最佳選擇。

比如恐龍的近親翼龍，還有今天仍然存活的飛行哺乳動物蝙蝠，它們都是靠翼膜來飛行的。顯然，從滑翔到飛行，翼膜是更加一脈相承的結構，生理上的「生產」成本也比羽毛更低，本身質量更輕，能托舉更加巨大的軀體（想想翼龍的巨大尺寸就知道了）。

為什麼鳥類在進化中選擇了羽毛——或者說，為什麼進化選擇了帶有羽毛的恐龍後裔來佔領天空？

這個答案現在還不完全清楚。

很可能，這之中還有與飛行無關的其他原因。畢竟，在小行星撞擊的災難之後，像原始鳥類一樣存活下來的哺乳動物也是長有體毛的溫血生物，暗示著原始鳥類的羽毛在當時的生存環境中起到了其他一些重要的作用。

其實，在我們身邊就有正好處於滑翔這個進化階段的動物：鼩鼠和袋鼩。

兩者共同的特點是在前後肢之間長有皮膚薄膜，展開滑翔的時候就像一張獵殺之後剝下的動物皮毛。這種結構特點不同於翼龍或蝙蝠主要長在前肢趾間的翼膜。

有趣的是，鼩鼠與袋鼩的「飛行裝備」如此相似，卻是各自獨立進化出來的：前者屬於嚙齒目下面的松鼠科，而後者屬於雙門齒目（即袋鼠目）下面的袋鼩科。

這一殊途同歸的進化結果再次說明：滑翔在某些生存環境下是有利可圖的，值得為之付出生理成本。至於為此而進化出來的結構是否能進一步發展出飛行的能力，那就要看自然選擇的鬼斧神工了。

作者：中國科學院生物物理研究所葉盛

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